宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜”。<42周是几个月，42周是几个月保质期/p>

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)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(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无42周是几个月，42周是几个月保质期(wú)阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时(s42周是几个月，42周是几个月保质期hí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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