宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重勤耕不辍 精业笃行什么意思，精业笃行 臻于至善大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测(cè)的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù勤耕不辍 精业笃行什么意思，精业笃行 臻于至善)质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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