宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(气概和气慨哪个正确些，气概与气概的区别wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这(zhè)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(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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