宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学重孙子又叫什么，重孙的孙子叫什么家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值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(shì)这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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