宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们(men)究极绿宝石满级了还能刷努力值吗 究极绿宝石5.4努力值怎么刷使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们(men)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(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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