宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们(men)看不(bù)到的5公里世界纪录多少 5公里世界纪录是几分钟物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/L5公里世界纪录多少 5公里世界纪录是几分钟IBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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