宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)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400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米湖南电大几本，湖南长沙电大是几本/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù湖南电大几本，湖南长沙电大是几本)意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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