宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了天门中断楚江开的楚江指的是什么意思，天门中断楚江开的楚江指的是什么风景名胜引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(天门中断楚江开的楚江指的是什么意思，天门中断楚江开的楚江指的是什么风景名胜fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字(天门中断楚江开的楚江指的是什么意思，天门中断楚江开的楚江指的是什么风景名胜zì)与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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