宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质宝剑锋从磨砺出梅花香自苦寒来的意思是什么，宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒全诗量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(z宝剑锋从磨砺出梅花香自苦寒来的意思是什么，宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒全诗he)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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