宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最大的(de)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(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

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自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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