宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(g跟ml一样吗洗发水，g和ml有区别吗bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银(yín)河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正g跟ml一样吗洗发水，g和ml有区别吗，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞g跟ml一样吗洗发水，g和ml有区别吗时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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