宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(z手机灯可以当美甲灯吗，下载一个紫光灯手电筒hōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上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的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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