宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力(lì)是无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的(d武则天为什么不怀孕，武则天为什么没有孩子e)碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解(jiě)释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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