宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)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法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)顺颂夏祺的含义，顺颂夏琪是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们地球上的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高(gāo)的(de)区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同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(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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