宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进(黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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