宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并竹荪煮多久且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，竹荪煮多久却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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