宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”你是谁为了谁原唱是谁 你是谁为了谁是什么歌名竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这你是谁为了谁原唱是谁 你是谁为了谁是什么歌名意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(你是谁为了谁原唱是谁 你是谁为了谁是什么歌名lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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