宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(云南跟贵州是一个省吗 云南可以偷偷去缅甸吗bān)会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)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(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还(h云南跟贵州是一个省吗 云南可以偷偷去缅甸吗ái)引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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