宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们180kg等于多少斤 180kg等于多少磅，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的(de)除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相(180kg等于多少斤 180kg等于多少磅xiāng)对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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