宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了(l姜子牙活了多少岁e)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)姜子牙活了多少岁。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解(jiě)释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找姜子牙活了多少岁到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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