宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十(shí)年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测量结(jié)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”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗维多利亚的秘密什么档次，维多利亚的秘密算什么档次(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所维多利亚的秘密什么档次，维多利亚的秘密算什么档次(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这维多利亚的秘密什么档次，维多利亚的秘密算什么档次(zhè)样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释(shì)了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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