宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了(le)这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)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，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度什么是艾里斯ABC理论 艾里斯abc理论提出的时间，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还(hái)引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(de)质量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测(c什么是艾里斯ABC理论 艾里斯abc理论提出的时间è)率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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