宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发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，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(地肖指哪几个生肖？bù)可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进(jìn地肖指哪几个生肖？)行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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