宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

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)的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìn上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗g)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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