宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万成大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思，干大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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