宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

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

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通2l是多少毫升 2l是多少升(tōng)质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与2l是多少毫升 2l是多少升(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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