宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离(哈密瓜什么季节吃比较好，哈密瓜几月份吃是正季lí)的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2哈密瓜什么季节吃比较好，哈密瓜几月份吃是正季.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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