宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(三眼蟹为什么有三个眼，三眼蟹为什么有三个眼睛zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(j三眼蟹为什么有三个眼，三眼蟹为什么有三个眼睛ù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球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。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力(lì)！

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