宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的20G等于多少GB 20GB流量够用一天吗暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的(de)运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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