宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)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(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì获利指数计算公式 获利指数和现值指数一样吗)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验(获利指数计算公式 获利指数和现值指数一样吗yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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