宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物质。岳飞是哪个朝代的人，岳飞是哪个朝代的皇上

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系岳飞是哪个朝代的人，岳飞是哪个朝代的皇上团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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