宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上(sh姐弟恋一般谁会更粘人，姐弟恋一般谁会更粘人一些àng)距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

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所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)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。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是(shì)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，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力(lì)！

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