宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律(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(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是ln函数的运算法则求导，ln运算六个基本公式它们却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhìln函数的运算法则求导，ln运算六个基本公式)量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)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(fā)现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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