宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该20斤是几kg 20斤是多少磅星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)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)类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)20斤是几kg 20斤是多少磅。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了20斤是几kg 20斤是多少磅。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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