宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星系的(de)光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zh成大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思，干大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思e)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2成大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思，干大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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