宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎ酵母菌是真核还是原核 细菌一定都是原核生物吗n)速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百酵母菌是真核还是原核 细菌一定都是原核生物吗万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后酵母菌是真核还是原核 细菌一定都是原核生物吗，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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