宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，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。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科(kē)学家模棱两可是什么意思 模棱两可的人心机重吗根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)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(bèi)认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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