宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观测结(jié)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(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也(yě三角形中线长公式是什么，中线长公式是什么原因)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这三角形中线长公式是什么，中线长公式是什么原因里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(三角形中线长公式是什么，中线长公式是什么原因jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的(de)动力！

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