宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下(xià)了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过(guò)了(le)20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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