宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的绿肥红瘦暗指什么感情和意思，绿肥红瘦暗指什么意思(de)另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，绿肥红瘦暗指什么感情和意思，绿肥红瘦暗指什么意思它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiān绿肥红瘦暗指什么感情和意思，绿肥红瘦暗指什么意思g)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动(dòng)力(lì)！

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