宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去(qù)的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组抓蚯蚓真的能赚钱吗成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)其(qí)他的(de)理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yu抓蚯蚓真的能赚钱吗è)份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而(ér)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(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的(de)周期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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