宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)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(zhé)学数(shù)学(xué)原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的(de)恒(héng)星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小朝鲜领土面积多大相当于中国哪个省，朝鲜领土面积多大？相当于中国哪个省的面积时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温(w朝鲜领土面积多大相当于中国哪个省，朝鲜领土面积多大？相当于中国哪个省的面积ēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员朝鲜领土面积多大相当于中国哪个省，朝鲜领土面积多大？相当于中国哪个省的面积们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动力！

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