宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)上海市中心是哪个区最繁华，上海市中心是哪个区？对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这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，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段(duàn)。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发上海市中心是哪个区最繁华，上海市中心是哪个区？现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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