宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发(f华人在菲律宾危险吗，中国人在菲律宾安全吗ā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反华人在菲律宾危险吗，中国人在菲律宾安全吗: 24px;'>华人在菲律宾危险吗，中国人在菲律宾安全吗(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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