宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)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(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测(cè)的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学(xué禁脔是啥意思，女人的玉露是什么意思)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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