宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(y朝鲜领土面积多大相当于中国哪个省，朝鲜领土面积多大？相当于中国哪个省的面积ǒu)关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(朝鲜领土面积多大相当于中国哪个省，朝鲜领土面积多大？相当于中国哪个省的面积zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小(x朝鲜领土面积多大相当于中国哪个省，朝鲜领土面积多大？相当于中国哪个省的面积iǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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