宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(jk袜子总是掉怎么办，足球袜套jle)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，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(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系(xì)jk袜子总是掉怎么办，足球袜套j当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但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(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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