宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)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，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)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(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量上技校要多少钱学费，在技校上学一般要花多少学费。只是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其(qí)他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所上技校要多少钱学费，在技校上学一般要花多少学费没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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