宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什(shén)么(me)来验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出(chū)了(le)数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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