宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学黑人牙膏创始人，好来牙膏是假货吗质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经黑人牙膏创始人，好来牙膏是假货吗被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)黑人牙膏创始人，好来牙膏是假货吗与任何其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据(jù)收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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