宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一(yī)。

科酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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