宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常(chá华夏儿女指什么意思，华夏儿女是啥意思ng)的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(华夏儿女指什么意思，华夏儿女是啥意思jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相华夏儿女指什么意思，华夏儿女是啥意思对银河(hé)系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)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(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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