宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān吾妻之美我者的美是什么意思，吾妻之美我者的美是什么用法)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的(de)其他(tā)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了(le)很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的(de)差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节(jié)与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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