宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，junk food 可数吗，junk food是单数还是复数在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质(zhìjunk food 可数吗，junk food是单数还是复数)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与junk food 可数吗，junk food是单数还是复数解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人(rén)员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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