宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)奶油奶酪可以放冷冻保存吗，奶油奶酪可以放冷冻保存吗多久道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu奶油奶酪可以放冷冻保存吗，奶油奶酪可以放冷冻保存吗多久)的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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