宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上女生拉黑就是极度讨厌吗，拉黑多久不联系就是彻底结束距离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系(xì)的女生拉黑就是极度讨厌吗，拉黑多久不联系就是彻底结束(de)方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)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(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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