宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速(sù)度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ果冻和跳跳糖是啥意思，果冻和跳跳糖是干什么用的)通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1果冻和跳跳糖是啥意思，果冻和跳跳糖是干什么用的997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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