宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。中山有多少个镇区，中山有多少个镇区,都叫什么名基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不(bù)应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了(le)6中山有多少个镇区，中山有多少个镇区,都叫什么名0度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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