宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需要对(du农村信用社几点上班下班时间ì)现在的物(wù)理定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动力！

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