宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物91是质数吗，95是质数吗(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学(xué)家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数(shù)据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中91是质数吗，95是质数吗一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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