宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗(à夜游症的孩子精神有问题吗，孩子半夜起来突然乱走乱说话n)物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

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自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(q夜游症的孩子精神有问题吗，孩子半夜起来突然乱走乱说话í)他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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