宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(c为什么不宣传李兰娟了，李兰娟为何销声匿迹ì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)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(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì为什么不宣传李兰娟了，李兰娟为何销声匿迹)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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