宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ人死后尾七是什么意思，头三尾七是什么意思)得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(y人死后尾七是什么意思，头三尾七是什么意思uè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提(tí)是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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