宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多(duō)的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家根燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着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式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度(dù)周(zhōu)期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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