宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(d韵母带ao的字有哪些，带韵母ao的字有哪些字e)恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需(xū)要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhò韵母带ao的字有哪些，带韵母ao的字有哪些字u)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的(de)证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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