宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道(dà康师傅是哪国的牌子？o)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fè康师傅是哪国的牌子？i)米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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