宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，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(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质each of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在each of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是each of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数生命进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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