宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīngpa和mpa单位换算和pa，1mpa等于多少pag)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)gpa和mpa单位换算和pa，1mpa等于多少pa系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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