宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一已婚女性英文称呼，女性英文称呼书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相已婚女性英文称呼，女性英文称呼互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wè已婚女性英文称呼，女性英文称呼i)着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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