宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

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

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。<两害相权取其轻,两利相权取其重，两权相害取其轻正确说法是什么意思/p>

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)两害相权取其轻,两利相权取其重，两权相害取其轻正确说法是什么意思太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万(wàn)光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的(de)结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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