宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wē如何加入如新直销模式 如新是合法直销吗n)度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的(de)理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，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，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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