宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，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(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，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(shān)脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命(萝卜丁是最贵的口红吗，世界十大奢华口红品牌mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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