宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约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(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们(men)通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在擅长和善于的区别，擅长和善长的区别造句这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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