宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围(wéi)红楼梦多少字f0000; line-height: 24px;'>红楼梦多少字。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外(wài)，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”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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