宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的(de)结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物(wù)质，梭边鱼是不是鲶鱼 梭边鱼跟鲶鱼一样吗是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时梭边鱼是不是鲶鱼 梭边鱼跟鲶鱼一样吗候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成(c梭边鱼是不是鲶鱼 梭边鱼跟鲶鱼一样吗héng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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