宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的丧尸最怕什么东西，丧尸最怕什么颜色运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理(l丧尸最怕什么东西，丧尸最怕什么颜色ǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)丧尸最怕什么东西，丧尸最怕什么颜色命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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