宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发(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(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗c43排列组合公式怎么算，c43排列组合公式意义物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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