宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的(de)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(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，豫n是河南哪里的车牌几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味(wèi)着豫n是河南哪里的车牌(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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