宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)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(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)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(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、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种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维拉(l吃完布洛芬不能吃什么，吃完布洛芬不可以吃的东西ā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jià吃完布洛芬不能吃什么，吃完布洛芬不可以吃的东西o)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的(d吃完布洛芬不能吃什么，吃完布洛芬不可以吃的东西e)5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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