宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星元电荷e等于多少？#ff0000; line-height: 24px;'>元电荷e等于多少？系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一(yī)元电荷e等于多少？种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“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所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去(qù)的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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