宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn朝鲜领土面积多大相当于中国哪个省，朝鲜领土面积多大？相当于中国哪个省的面积)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)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(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单(dān)呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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