宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(hu共享充电宝最高1小时10元，共享充电宝怎么申请投放ì)产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì共享充电宝最高1小时10元，共享充电宝怎么申请投放)场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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