宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系(xì)聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的(de)假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(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(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所一尺九的腰围是多少厘米 一尺九的腰围是26还是27(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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