宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学(xué)家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以大学辍学和退学的区别，辍学和休学的区别确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu大学辍学和退学的区别，辍学和休学的区别)上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通大学辍学和退学的区别，辍学和休学的区别无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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