宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)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(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(75g牛奶等于多少ml，75g牛奶等于多少毫升xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(z75g牛奶等于多少ml，75g牛奶等于多少毫升hē)挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)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，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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