宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng小学学籍号在线查询官网入口，小学生学籍号自助查询)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，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(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在中小学学籍号在线查询官网入口，小学生学籍号自助查询(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)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(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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