宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的(de)引力是无(wú)法将它们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星(xī开曼群岛属于哪个国家 开曼群岛是国家吗ng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些(xi开曼群岛属于哪个国家 开曼群岛是国家吗ē)科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前(qián)还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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