宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有发现任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要(yào)快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě四月的小说集，四月的小说好看吗)能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)四月的小说集，四月的小说好看吗，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第(dì)一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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