宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真祈使句例子英语，祈使句例子10个的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南祈使句例子英语，祈使句例子10个希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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