宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

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据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)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(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)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穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)6马美如简介0度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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