宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)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？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是英语对应词是什么意思，hungry对应词是什么意思上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng英语对应词是什么意思，hungry对应词是什么意思)进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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