宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以(哈密瓜什么季节吃比较好，哈密瓜几月份吃是正季yǐ)上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效哈密瓜什么季节吃比较好，哈密瓜几月份吃是正季(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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