宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律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的(de)尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发孕妇一天吃几个山竹，孕妇一天吃几个山竹比较好现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区孕妇一天吃几个山竹，孕妇一天吃几个山竹比较好(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测(cè)的(de)时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到孕妇一天吃几个山竹，孕妇一天吃几个山竹比较好，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)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(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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