宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新良莠不齐能形容物吗，良莠不齐是形容人还是形容物的(de)望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(良莠不齐能形容物吗，良莠不齐是形容人还是形容物de)大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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