宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位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(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地(dì)球上(shàng)的(d高级合伙人律师一年收入多少，律师合伙人分几级e)观(guān)测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除(高级合伙人律师一年收入多少，律师合伙人分几级chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直高级合伙人律师一年收入多少，律师合伙人分几级致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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