宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)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(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对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中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高(生理反应什么叫压枪，生理压枪是什么意思gāo)清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bè生理反应什么叫压枪，生理压枪是什么意思i)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)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？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的动力！

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