宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它(t日落胭脂红完整的诗句带拼音，日落胭脂红完整的诗句的意思ā)的(de)质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)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)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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