宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系(现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？xì)团的质量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)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(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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