宇宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻恒星年和回归年的区别通俗易懂的，恒星年和回归年的区别原因找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)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(shì)却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系(xì)或者(zh恒星年和回归年的区别通俗易懂的，恒星年和回归年的区别原因ě)是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)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(xià)了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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