宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳系我们人类属于什么动物，人类属于什么动物门(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(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(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月我们人类属于什么动物，人类属于什么动物门份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ我们人类属于什么动物，人类属于什么动物门)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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