宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星r在数学集合中是什么意思啊，r在数学集合中表示什么系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多(duō)不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里r在数学集合中是什么意思啊，r在数学集合中表示什么有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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