宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认(一睹人间盛世颜 远赴人间惊鸿宴全诗，远赴人间惊鸿宴全诗作者rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)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)的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。一睹人间盛世颜 远赴人间惊鸿宴全诗，远赴人间惊鸿宴全诗作者p>

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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