宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(已婚男人经常找你聊天是什么意思，一个愿意陪你聊天的已婚男人dāng)我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

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

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离(lí)，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了(le)40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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