宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现了一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论(lùn万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本(běn)质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的(de)目标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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