宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说乌龟最长寿命是多少年的，乌龟最长寿能活多少年理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(sh乌龟最长寿命是多少年的，乌龟最长寿能活多少年ēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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