宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳手机话费交了能退吗系(xì)位(wèi)于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇手机话费交了能退吗宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力！

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