宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度千里修书只为墙 让他三尺又何妨全诗告诉我们什么道理，千里修书只为墙让他三尺又何妨全诗，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果却(què)让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中(zh千里修书只为墙 让他三尺又何妨全诗告诉我们什么道理，千里修书只为墙让他三尺又何妨全诗ōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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