宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是寿眉是最差的白茶吗，寿眉是什么档次的茶科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的(de)其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)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射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是寿眉是最差的白茶吗，寿眉是什么档次的茶宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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