宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(教师一年的工作日有多少天，一年有多少周yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的(de)结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐教师一年的工作日有多少天，一年有多少周(fú)射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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