宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测(cè)一尺九的腰围是多少厘米 一尺九的腰围是26还是27量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东(dōn一尺九的腰围是多少厘米 一尺九的腰围是26还是27g)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

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除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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