宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1卅是什么意思，卅是什么意思,读音846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度(dù)应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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