宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在行在姓氏中读什么音，行在姓氏中读什么拼音测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的(de)。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温(行在姓氏中读什么音，行在姓氏中读什么拼音wēn)度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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