宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域大肖指哪几个生肖，大肖指哪几个生肖动物，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(大肖指哪几个生肖，大肖指哪几个生肖动物fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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