宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(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(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

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所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方德国对中国友好吗，德国对中国怎么样式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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