宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并世界上性功能最强的国家是哪个国家(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(世界上性功能最强的国家是哪个国家yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

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)物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力！

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