宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的(de)计算，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过亚洲48个国家的名字，亚洲包含哪几个国家组成了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)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(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de亚洲48个国家的名字，亚洲包含哪几个国家组成)差(chà)异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视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的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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