宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)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，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿ln函数的运算法则求导，ln运算六个基本公式(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。ln函数的运算法则求导，ln运算六个基本公式p>

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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