宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

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1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上(shàng珠海一共几个区最繁华的是哪个街区，珠海几个区？哪个区好？)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产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(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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