宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在斯文败类是什么意思网络用语，斯文败类是什么意思网络用语怎么说起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论框架(jià)，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在斯文败类是什么意思网络用语，斯文败类是什么意思网络用语怎么说以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太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(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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