宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存80寸电视机长和宽大概是多少厘米的，80寸电视的长和宽分别是多少厘米在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参(cān80寸电视机长和宽大概是多少厘米的，80寸电视的长和宽分别是多少厘米)与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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