宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物(w鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的ù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰(pè鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的ng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的(de)非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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