宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该是(s心情五味杂陈啥意思，打翻了五味杂陈啥意思hì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是(心情五味杂陈啥意思，打翻了五味杂陈啥意思shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它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。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周心情五味杂陈啥意思，打翻了五味杂陈啥意思(zhōu)期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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