宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)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并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。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阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通(非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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