宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量一(yī)般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，丧尸最怕什么东西，丧尸最怕什么颜色它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìn丧尸最怕什么东西，丧尸最怕什么颜色g)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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