宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhō谋女郎都有谁 谋女郎是褒义还是贬义ng)还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方(f谋女郎都有谁 谋女郎是褒义还是贬义āng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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