宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù自家养一只人工苏卡达违法吗，养了10年的苏卡达算犯法吗)相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的(de)年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一自家养一只人工苏卡达违法吗，养了10年的苏卡达算犯法吗(yī)步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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