宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的doi的时候怎么夹，doi是怎么夹质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)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(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大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(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物doi的时候怎么夹，doi是怎么夹质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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