宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，大学辍学和退学的区别，辍学和休学的区别藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测(c大学辍学和退学的区别，辍学和休学的区别è大学辍学和退学的区别，辍学和休学的区别)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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