宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合含盐率公式的3种，盐水的含盐率公式万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这含盐率公式的3种，盐水的含盐率公式样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质含盐率公式的3种，盐水的含盐率公式量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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