宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò蝴蝶会采蜜吗)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的(de)旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家蝴蝶会采蜜吗们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)蝴蝶会采蜜吗提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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