宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī五大洋还是四大洋 南大洋中国承认了吗)种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(y五大洋还是四大洋 南大洋中国承认了吗ǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力！

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