宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“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)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并(bìn五一最适合带孩子去哪旅游，五一带孩子去哪里好玩g)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃五一最适合带孩子去哪旅游，五一带孩子去哪里好玩望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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