宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不(bù)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。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张老师上课说脏话犯法吗，老师上课骂脏话违法吗全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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