宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望(wàn耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些g)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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