宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的(de)异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗(àn)物(纪梵希口红属于什么档次，一张图看懂口红档次wù)质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò纪梵希口红属于什么档次，一张图看懂口红档次)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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