宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出(天女散花的姿势是怎样的，男女之间天女散花是什么意思chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大天女散花的姿势是怎样的，男女之间天女散花是什么意思部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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