宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。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。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发斯文败类是什么意思网络用语，斯文败类是什么意思网络用语怎么说现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(斯文败类是什么意思网络用语，斯文败类是什么意思网络用语怎么说gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力！

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