宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(反醒和反省有什么不同之处，反醒和反省的区别cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源于某反醒和反省有什么不同之处，反醒和反省的区别种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系反醒和反省有什么不同之处，反醒和反省的区别(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/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(wēn)度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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