宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的异(yì)常鲁j是哪个城市 鲁j是哪个省的车牌号，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(h鲁j是哪个城市 鲁j是哪个省的车牌号uì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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