宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，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(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度1500毫升水等于多少斤 1500毫升水是几瓶矿泉水空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留(liú1500毫升水等于多少斤 1500毫升水是几瓶矿泉水)下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在(1500毫升水等于多少斤 1500毫升水是几瓶矿泉水zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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