宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。这(毕业2年之内都算应届吗，21年毕业生23年算应届吗zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到(dào毕业2年之内都算应届吗，21年毕业生23年算应届吗)的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号(hào)的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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