宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当each of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数(dāng)中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)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(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法each of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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