宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是(shì)当(dāng)时的(de)人们(men)对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论(串子是什么意思网络，足球串子是什么意思lùn)速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现(xià串子是什么意思网络，足球串子是什么意思n)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来(lái)验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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