宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现虎头是什么奢侈品牌，老虎头是什么奢侈品牌任(rèn)何的(de)有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量虎头是什么奢侈品牌，老虎头是什么奢侈品牌各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng虎头是什么奢侈品牌，老虎头是什么奢侈品牌)系团(tuán)之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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