宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测的(de)时(shí)候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后大疆无人机的电机是哪个国家的品牌 大疆是国企还是私企，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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