宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

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所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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