宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于(y微信二维码收款限额是多少，个人收款码一天可以收多少笔ú)银(yín)河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河(hé)系的(de)平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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