宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ无功不受禄什么意思，无功不受禄下一句该怎么回答对方)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何(h无功不受禄什么意思，无功不受禄下一句该怎么回答对方é)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng无功不受禄什么意思，无功不受禄下一句该怎么回答对方)，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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