宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。选墓地的最好方位是什么，墓地的哪个方位的最好

第一(yī)种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的(de)形(xíng)式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以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(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几选墓地的最好方位是什么，墓地的哪个方位的最好十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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