宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文(wé乡字用五笔怎么打出来，乡字五笔怎么打法n)学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还(há乡字用五笔怎么打出来，乡字五笔怎么打法i)不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的(de)观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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