宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是1lb等于多少斤kg，10lb等于多少斤，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理1lb等于多少斤kg，10lb等于多少斤论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，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(zhè)里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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