宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)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(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

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径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到(dào)，几自制苏打水可以降尿酸吗，自制苏打水和买的苏打水区别乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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