宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之gpa和mpa单位换算和pa，1mpa等于多少pa间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的gpa和mpa单位换算和pa，1mpa等于多少pa5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēnggpa和mpa单位换算和pa，1mpa等于多少pa)周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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