宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这0551是哪个地区的区号呢，0551是哪儿的区号些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远0551是哪个地区的区号呢，0551是哪儿的区号镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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