宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)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(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(j拜拜肉好减吗，拜拜肉难减吗iàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(sh拜拜肉好减吗，拜拜肉难减吗ì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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