宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这种现萍乡市是哪个省，萍乡市是哪个省的城市象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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