宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星系团中_D是什么意思，_3是什么意思的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质_D是什么意思，_3是什么意思(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不(bù)同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声(shēng)称观(guān)测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期性的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕_D是什么意思，_3是什么意思(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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