宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到(dào)不(bù)可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动，那么如卫校是什么学校主要干什么，临海卫校是什么学校果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìn卫校是什么学校主要干什么，临海卫校是什么学校g)大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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