宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)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，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，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(jiā)们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只(z铅笔芯真的含铅且有毒吗 铅笔芯导电吗hǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)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(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影铅笔芯真的含铅且有毒吗 铅笔芯导电吗响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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