宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力(lì)量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这时(shí)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(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目0031是哪个国家的区号啊，00371是哪个国家的区号(mù)前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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