宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味碳酸铜存在吗 有碳酸铜这种物质吗着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)碳酸铜存在吗 有碳酸铜这种物质吗现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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