宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于(yú)星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这(5公里是多少米 5公里是多少步zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质(5公里是多少米 5公里是多少步zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的(de)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(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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