宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能1dm等于多少cm 1dm等于多少me-height: 24px;'>1dm等于多少cm 1dm等于多少m够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)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，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提(tí)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)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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