宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外(wà几十块钱的阿富汗玉是真的吗i)，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可以用几十块钱的阿富汗玉是真的吗来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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