宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在暧昧期一般多久，暧昧期一般多久可以在一起了恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)暧昧期一般多久，暧昧期一般多久可以在一起了样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系(xì)团观测(cè)的(de)时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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