宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè公元800年中国是什么朝代建立的，中国各个朝代时间表)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dān公元800年中国是什么朝代建立的，中国各个朝代时间表g)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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