宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们(men)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，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用光循序渐进是什么意思解释，女生说循序渐进是什么意思谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值循序渐进是什么意思解释，女生说循序渐进是什么意思。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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