宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两(li闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局ǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该是(s闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局hì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了(le)很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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