宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有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(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的(de)运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球(qiú)上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质(寿眉是最差的白茶吗，寿眉是什么档次的茶zhì)比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要(yà寿眉是最差的白茶吗，寿眉是什么档次的茶o)因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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