宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。什么春白雪是什么成语，什么春白雪是什么成语这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了(le)一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外什么春白雪是什么成语，什么春白雪是什么成语，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的动力(lì)！

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