宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只(z世界四大文化名人是哪4个，世界四大文化名人不包括谁hǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这世界四大文化名人是哪4个，世界四大文化名人不包括谁是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的(de)数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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