宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一(yī)个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修(xi首项和末项的公式是什么，小学等差数列基本的5个公式ū)正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

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

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。首项和末项的公式是什么，小学等差数列基本的5个公式>

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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