宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ齿轮计算公式汇总，齿轮全齿高计算公式)及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到齿轮计算公式汇总，齿轮全齿高计算公式暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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