宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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