宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质(zhì)量(liàng)的(de半亩花田护肤品排行榜，半亩花田护肤品属于什么档次)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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