宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动唐山大地震和汶川大地震哪个严重它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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