宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)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(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存(银耳越黄越好还是越白越好，干银耳为什么越放越黄-height: 24px;'>银耳越黄越好还是越白越好，干银耳为什么越放越黄cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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