宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为一亿等于多少千万人民币，一亿等于多少千万？1亿等于多少百万了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是一亿等于多少千万人民币，一亿等于多少千万？1亿等于多少百万人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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