宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàn织女是什么意思网络用语，牵牛织女是什么意思g)气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)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(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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