宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的(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(zhè)个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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