宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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