宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上(shà笑话的拼音怎么写，玩笑的拼音ng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可(kě)以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)笑话的拼音怎么写，玩笑的拼音论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在的中间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的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，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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