宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种(z自然堂雪域精粹适合什么年龄，自然堂紫色和蓝色哪个好hǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zh自然堂雪域精粹适合什么年龄，自然堂紫色和蓝色哪个好ōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(自然堂雪域精粹适合什么年龄，自然堂紫色和蓝色哪个好lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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