宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

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系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)一寸多少厘米公分 一寸是几个手指果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，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(shì)也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。一寸多少厘米公分 一寸是几个手指>

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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