宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事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(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测(cè李子园牛奶比AD钙奶有营养吗，李子园牛奶和ad钙奶)量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型(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(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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