宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的(de)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离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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