宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存(cún)在，这一呼百应吾独尊是什么意思生肖，一呼百应吾独尊代表什么生肖种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要(yào)对现在(zài)的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(q一呼百应吾独尊是什么意思生肖，一呼百应吾独尊代表什么生肖iě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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