宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距过河的卒子歇后语是什么意思，过河卒子歇后语下一句离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhō过河的卒子歇后语是什么意思，过河卒子歇后语下一句ng)心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐(fú)射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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