宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(sh22寸是多少厘米í)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ22寸是多少厘米)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。<22寸是多少厘米/p>

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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