宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的(de)距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度(dù)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)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质(zh皖d是哪里的车牌号，皖d是哪里的车牌号码ì)量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以(yǐ)用皖d是哪里的车牌号，皖d是哪里的车牌号码(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过皖d是哪里的车牌号，皖d是哪里的车牌号码暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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