宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那(作伴还是做伴哪个对，作伴还是做伴正确nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)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(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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