宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质(zhì)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，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们(men)的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是0551是哪个地区的区号呢，0551是哪儿的区号上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn0551是哪个地区的区号呢，0551是哪儿的区号)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个(gè)实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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