宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会(huì)存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨(g全国有多少个省市自治区和直辖市 全国有多少个地级市uǐ)道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)全国有多少个省市自治区和直辖市 全国有多少个地级市，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，全国有多少个省市自治区和直辖市 全国有多少个地级市隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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