宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本一个团几个营几个连，一军一师一团一营一连一排身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新的动(dò一个团几个营几个连，一军一师一团一营一连一排ng)力(lì)！

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