宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太(tài随性是什么意思，女人随性是什么意思)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/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)剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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