宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(纸张是16k大还是32k大 16k纸和32k纸有什么区别zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的(de)人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这(zh纸张是16k大还是32k大 16k纸和32k纸有什么区别è)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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