宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了(le)这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)情人把你拉黑了还有必要联系吗，婚外情拉黑是彻底分手吗及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人情人把你拉黑了还有必要联系吗，婚外情拉黑是彻底分手吗员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本(běn)身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(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的(de)探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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