宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的(de)，它们(men)早(zǎo写照的意思 写照是什么词性)就应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式写照的意思 写照是什么词性是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)写照的意思 写照是什么词性目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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