宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另皖d是哪里的车牌号，皖d是哪里的车牌号码外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)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，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zh皖d是哪里的车牌号，皖d是哪里的车牌号码e)暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng皖d是哪里的车牌号，皖d是哪里的车牌号码)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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