宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得中原地区种植葡萄始于哪个朝代 秦朝的时候有葡萄吗多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)中原地区种植葡萄始于哪个朝代 秦朝的时候有葡萄吗种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了(le)一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么(me)如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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