宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在(z寄养猫咪一个月多少钱，长期寄养宠物多少钱一个月ài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(l寄养猫咪一个月多少钱，长期寄养宠物多少钱一个月e)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

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所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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