宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获美国管得了比尔盖茨吗得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们(men)看不(bù)到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微美国管得了比尔盖茨吗小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(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。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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