宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方长沙哪个区是中心区，长沙哪个区属于市中心法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室(长沙哪个区是中心区，长沙哪个区属于市中心shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)长沙哪个区是中心区，长沙哪个区属于市中心芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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