宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知(zhījn是什么意思网络用语 JN有特别含义吗)道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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