宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团日本比日本比中国富裕吗，日本富裕还是中国富裕中国富裕吗，日本富裕还是中国富裕的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)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，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(d日本比中国富裕吗，日本富裕还是中国富裕e)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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