宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)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(rén)们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大的俄罗斯语乌拉是什么意思 中国人可以说乌拉吗形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼俄罗斯语乌拉是什么意思 中国人可以说乌拉吗”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途(tú)就(俄罗斯语乌拉是什么意思 中国人可以说乌拉吗jiù)是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)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)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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