宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发(fā)现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还小舞去掉所有衣服是什么样子的有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而小舞去掉所有衣服是什么样子的且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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