宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì皖d是哪里的车牌号，皖d是哪里的车牌号码)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)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(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗皖d是哪里的车牌号，皖d是哪里的车牌号码物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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