宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)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(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)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，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在张都监是什么级别的官，水浒官职品级一览表照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的(de)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(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(l张都监是什么级别的官，水浒官职品级一览表ùn)的(de)大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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