宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学(xué)数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天(撒贝宁个人资料简历tiān)文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基撒贝宁个人资料简历发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的(de)人(rén)们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验(y撒贝宁个人资料简历àn)室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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