宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎ青金石价格一般多少，青金石价格一般多少一克style='color: #ff0000; line-height: 24px;'>青金石价格一般多少，青金石价格一般多少一克n)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的(de)质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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