宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不可(kě)见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的(de)方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài丽水在哪里哪个省份哪个市，浙江丽水在哪里)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗丽水在哪里哪个省份哪个市，浙江丽水在哪里曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹(丽水在哪里哪个省份哪个市，浙江丽水在哪里dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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