宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之(zh大龄剩男真的不能嫁吗，男人35岁没结婚基本上完了ī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗大龄剩男真的不能嫁吗，男人35岁没结婚基本上完了物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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