宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的千分之一。

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所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物(w四川的拼音怎么拼写的，四川拼音怎么拼写读音的ù)质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)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器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实(shí)验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中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，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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