宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们(m诫勉谈话影响期是多长时间，诫勉谈话受影响吗en)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最大(dà)的(de)地(dì)学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经(j诫勉谈话影响期是多长时间，诫勉谈话受影响吗īng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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