宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的(中国为什么叫兔子国de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài中国为什么叫兔子国)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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