宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的(de)引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过(guò)什(shén)么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率横截面是什么意思小学六年级，长方体的横截面示意图会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。横截面是什么意思小学六年级，长方体的横截面示意图>

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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