宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

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

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)央音展演比赛金奖比例 央音展演总展演是国家级的吗叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，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(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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