宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律(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出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上上海四大八校是指什么高中，上海市重点高中排名一览表升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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