宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速(sù)度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xi夜游症的孩子精神有问题吗，孩子半夜起来突然乱走乱说话àng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(z夜游症的孩子精神有问题吗，孩子半夜起来突然乱走乱说话hòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力！

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