宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(z俄罗斯是资本主义还是社会主义hōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力(lì)！

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