宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)加州时间现在几点钟，加州时间与北京时间差出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现加州时间现在几点钟，加州时间与北京时间差(xiàn)它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(bi加州时间现在几点钟，加州时间与北京时间差āo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)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(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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