宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发(fā)现任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现强迫症会把人折磨死吗，强迫症的大脑到底出什么问题。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋(x强迫症会把人折磨死吗，强迫症的大脑到底出什么问题uán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)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(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们(men)使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了(le)各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)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(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际(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(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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