宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体我花开后百花杀的寓意好吗，待到秋来九月八 我花开后百花杀的寓意会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过(guò我花开后百花杀的寓意好吗，待到秋来九月八 我花开后百花杀的寓意)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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