宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确(què)定其(qí)质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的(de)理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观鲁j是哪个城市 鲁j是哪个省的车牌号测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一(yī)个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性(xìng)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(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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