宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现(xià热忱用来形容什么词，热忱用来形容什么事物n)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)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(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程(ché热忱用来形容什么词，热忱用来形容什么事物ng)中会(huì)产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(ch热忱用来形容什么词，热忱用来形容什么事物uān)过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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