宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动厦门有几个区，厦门有几个区分别叫什么它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力厦门有几个区，厦门有几个区分别叫什么透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动力(lì)！

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