宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生(单倍行距是多少shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观单倍行距是多少测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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