宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了(le)一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量区全国文明城市几年评选一次 全国文明城市是不是终身制域(yù)并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质全国文明城市几年评选一次 全国文明城市是不是终身制(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释(shì)了(le)很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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