宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说(shuō)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。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的(de)时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(dbehaviour可数吗，behaviour是可数名词吗e)信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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