宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹35c到底有多大，35c是多少威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒(héng)35c到底有多大，35c是多少星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就35c到底有多大，35c是多少会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也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实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)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(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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