宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文彩礼可以转账吗，彩礼一般用什么方式给女方学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过(guò彩礼可以转账吗，彩礼一般用什么方式给女方)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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