宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

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)星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥75g牛奶等于多少ml，75g牛奶等于多少毫升珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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