宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有(酒红色是哪几个颜色调出来的yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度(dù)的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存(cún)在(zài酒红色是哪几个颜色调出来的)，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)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(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(cén酒红色是哪几个颜色调出来的g)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的(de)差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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