宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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