宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了定性变量与定量变量区别在哪，定性变量与定量变量区别(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没定性变量与定量变量区别在哪，定性变量与定量变量区别有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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