宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇过河的卒子歇后语是什么意思，过河卒子歇后语下一句宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律来解释(shì)的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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