宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米de)物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米(cháng)的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是(shì)不是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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