宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)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(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(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。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加不积跬步到底读gui还是kui，日积跬步以至千里是啥意思，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会(huì)使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因不积跬步到底读gui还是kui，日积跬步以至千里是啥意思(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们(men)之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行(xíng)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(lùn)的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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