宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银春有约,花不误,年年岁岁不相负，年年岁岁花相似的全诗句河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型春有约,花不误,年年岁岁不相负，年年岁岁花相似的全诗句的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣春有约,花不误,年年岁岁不相负，年年岁岁花相似的全诗句的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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