宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会先公四岁而孤全文翻译及注释，先公四岁而孤全文翻译答案使用一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

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所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测者之间。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，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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