宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人(rén)们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)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(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面(m人民币大写怎么写0到10，汉字大写怎么写0到10iàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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