宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些(xiē李宇春的现任丈夫是谁)外围的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这(zhè)些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(kāi)始，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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