宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知(zhī)黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有(y黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月ǒu)引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)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(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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