宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们(men英语对应词是什么意思，hungry对应词是什么意思)看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被英语对应词是什么意思，hungry对应词是什么意思附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的(de)存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季(jì)节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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