宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)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(cè)量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们(men)却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其(qí)他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(g使徒行者5个卧底分别是谁，使徒行者5个卧底分别是谁é)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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