宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中(zh来分期倒闭了吗 来分期被国家处理了吗ōng)，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)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(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着(zhe)它(tā)们(men)的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之(zh来分期倒闭了吗 来分期被国家处理了吗ī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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