宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子湘d是湖南哪里的车牌，湘d是湖南哪里的车牌号。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中湘d是湖南哪里的车牌，湘d是湖南哪里的车牌号(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进湘d是湖南哪里的车牌，湘d是湖南哪里的车牌号行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)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(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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