宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是酱油瓶一般多高 酱油瓶直径一般多大(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)酱油瓶一般多高 酱油瓶直径一般多大不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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