宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学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(què)没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè庸人自扰之前一句意思是什么天下本无事，世上本无事庸人自扰之是什么意思)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现(xiàn)异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在庸人自扰之前一句意思是什么天下本无事，世上本无事庸人自扰之是什么意思(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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