宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它(tā)们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gō说唱歌手的cypher是什么意思，说唱cyber是什么意思ng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí说唱歌手的cypher是什么意思，说唱cyber是什么意思)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天体物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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