宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)汉语拼音u在什么时候上面加两点，拼音里的u什么时候加点，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(汉语拼音u在什么时候上面加两点，拼音里的u什么时候加点jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的(de)本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn汉语拼音u在什么时候上面加两点，拼音里的u什么时候加点)荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它(tā)的(de)宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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