宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星(xīng太空浮尸三个人是谁，人死在太空中会腐烂吗)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，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(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外太空浮尸三个人是谁，人死在太空中会腐烂吗仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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