宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，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，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(七月既望是什么意思，壬戌之秋,七月既望是什么意思jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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