宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(z姐姐分手了安慰姐姐的一段话，姐姐失恋该怎么安慰她hè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之(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，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目(m姐姐分手了安慰姐姐的一段话，姐姐失恋该怎么安慰她ù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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