宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动酱油瓶一般多高 酱油瓶直径一般多大学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人(rén)们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系酱油瓶一般多高 酱油瓶直径一般多大(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表酱油瓶一般多高 酱油瓶直径一般多大示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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