宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，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(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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