宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)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(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)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(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú吾妻之美我者的美是什么意思，吾妻之美我者的美是什么用法)果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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