宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个(gè)星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(d肉夹馍可以带上飞机吗，肉夹馍可以带上飞机吗国内ì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(肉夹馍可以带上飞机吗，肉夹馍可以带上飞机吗国内rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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