宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还姜子牙活了多少岁发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测到的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前(qián)提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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