宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对(duì)这样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互过渡句是什么意思，过渡句是什么意思 举个例子作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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