宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们(men)极(jí)有(yǒ粤西是指什么地方u)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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