宇宙是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗物(只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了wù)质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了(wèi)这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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