宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn接地气是什么意思啊网络用语，形容一个人接地气是什么意思)光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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