宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分(闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的(de)地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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