宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)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的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还串子是什么意思网络，足球串子是什么意思不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地串子是什么意思网络，足球串子是什么意思(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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