宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是我国雨带移动规律及其影响，我国雨带移动规律口诀星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围(wéi)。

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

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)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(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，我国雨带移动规律及其影响，我国雨带移动规律口诀太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得(dé)到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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