宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shìacross 和 cross的区别，cross和across区别和用法)科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测(cè)量了(le)距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系(xì)的(de)气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)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(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景across 和 cross的区别，cross和across区别和用法上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途across 和 cross的区别，cross和across区别和用法就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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