宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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