宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。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(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星系(xì)团中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却(què)凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际(凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗jì)上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而(ér)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“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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