宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各(gè)个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)家里放什么东西蛇不敢来，家里有蛇放什么东西最怕旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系(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)阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(x家里放什么东西蛇不敢来，家里有蛇放什么东西最怕iǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。家里放什么东西蛇不敢来，家里有蛇放什么东西最怕p>

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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