宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)长期用氨基酸洗发水好吗，氨基酸洗发水的好处和坏处质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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