宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存区别词和形容词的异同举例，区别词和形容词的异同点在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的(de)区域，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万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)区别词和形容词的异同举例，区别词和形容词的异同点，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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