宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星顺颂夏祺的含义，顺颂夏琪系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡顺颂夏祺的含义，顺颂夏琪异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正好相反，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样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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