宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于马后炮是什么意思比喻什么人，马后炮是什么意思比喻什么探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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