宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大骨架大的男生一般都很高吗，为什么身高越高性功能越差爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一骨架大的男生一般都很高吗，为什么身高越高性功能越差(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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