宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们(men)已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí织女是什么意思网络用语，牵牛织女是什么意思)供的视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷织女是什么意思网络用语，牵牛织女是什么意思斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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