宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng离婚后男人会想孩子吗，离婚后男人会想孩子吗)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)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)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星(x离婚后男人会想孩子吗，离婚后男人会想孩子吗īng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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