宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动(dòn飞机手提7kg超重怎么办，随身行李超重有人管吗g)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(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(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域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)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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