宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同doi的时候怎么夹，doi是怎么夹的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家doi的时候怎么夹，doi是怎么夹认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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