宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们(men)对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如(rú)果1什么意思网络用语女生，211什么意思网络用语(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质的(de)存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了(le)这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到(dào)进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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