宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无(wú)法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)泡泡面膜泡泡越多越脏吗，冒泡面膜是不是泡越多脸越脏顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。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(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验(yàn泡泡面膜泡泡越多越脏吗，冒泡面膜是不是泡越多脸越脏)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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