宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zh黄山山体主要由什么岩石构成ì)量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所(s黄山山体主要由什么岩石构成uǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室黄山山体主要由什么岩石构成刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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