宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力prepare的名词形式是什么，prepare的名词形式可数吗在摄(shè)动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上prepare的名词形式是什么，prepare的名词形式可数吗来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōprepare的名词形式是什么，prepare的名词形式可数吗ng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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