宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)那些孤独的人啊夜晚是否还回家是什么歌，那些孤独的人啊夜晚是否还回家是什么歌曲符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着那些孤独的人啊夜晚是否还回家是什么歌，那些孤独的人啊夜晚是否还回家是什么歌曲一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系(xì)的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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