宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大乌蒙山在哪里属于哪个省，贵州乌蒙山在哪里天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)乌蒙山在哪里属于哪个省，贵州乌蒙山在哪里失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方(fāng)式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)乌蒙山在哪里属于哪个省，贵州乌蒙山在哪里上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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