宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着妩媚的意思怎么解释，妩媚的意思是什么解释，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分妩媚的意思怎么解释，妩媚的意思是什么解释离后的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系(xì)的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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