宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过(guò)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的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他(tā)们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)23岁属什么生肖种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为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(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而23岁属什么生肖另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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