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”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的两个土上下结构念什么加偏旁，两个土上下结构念什么语音理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光都(两个土上下结构念什么加偏旁，两个土上下结构念什么语音dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)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(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视两个土上下结构念什么加偏旁，两个土上下结构念什么语音场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的(de)视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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