宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人(rén)们(men)对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕禧与喜的区别是什么，喜字logo设计银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这(zhè)些现象的(de)除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xià禧与喜的区别是什么，喜字logo设计n)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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