宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷我花开后百花杀的寓意好吗，待到秋来九月八 我花开后百花杀的寓意彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)我花开后百花杀的寓意好吗，待到秋来九月八 我花开后百花杀的寓意是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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