宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)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(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测叠罗汉暗示什么意思，为什么男生喜欢叠罗汉的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更新的动力(lì)！

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