宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将(自制苏打水可以降尿酸吗，自制苏打水和买的苏打水区别jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋自制苏打水可以降尿酸吗，自制苏打水和买的苏打水区别转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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