宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的(de)有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的郑业成是否已婚 郑业成是几线演员(de)相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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