宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(选墓地的最好方位是什么，墓地的哪个方位的最好ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常(c选墓地的最好方位是什么，墓地的哪个方位的最好háng)的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高(gā选墓地的最好方位是什么，墓地的哪个方位的最好o)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集(jí)，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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