宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生更岁交子是什么意思，古代交子是什么意思碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē更岁交子是什么意思，古代交子是什么意思)光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造(zào)成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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