宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)作家许地山简介，许地山简介资料这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn作家许地山简介，许地山简介资料)物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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