宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心说唱歌手bp，说唱b7是什么意思的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(说唱歌手bp，说唱b7是什么意思men)的太(tài)阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)说唱歌手bp，说唱b7是什么意思据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年(nián)当中，人类为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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