宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)猫踩奶是认主人了吗，猫咪频繁踩奶是在暗示什么鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中存在(zài)的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超猫踩奶是认主人了吗，猫咪频繁踩奶是在暗示什么大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。那(n猫踩奶是认主人了吗，猫咪频繁踩奶是在暗示什么à)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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