宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律200克等于多少毫升水，200克是多少ml水所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

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

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī200克等于多少毫升水，200克是多少ml水)维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上200克等于多少毫升水，200克是多少ml水来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们(men)也(yě)在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)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个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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