宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验日落胭脂红完整的诗句带拼音，日落胭脂红完整的诗句的意思(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)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(huò)者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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