宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正(z水娃是几娃？ 水娃是什么颜色hèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到水娃是几娃？ 水娃是什么颜色(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(sh水娃是几娃？ 水娃是什么颜色ù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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