宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xu其远而无所至极邪的邪怎么读音，卯怎么读音é)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗物质其远而无所至极邪的邪怎么读音，卯怎么读音存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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