宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的(de)各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些knocked什么意思，knocking什么意思外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/knocked什么意思，knocking什么意思小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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