宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当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中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的(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de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。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(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ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)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(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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