宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(z冯石原型人物是谁 冯石陆光达原型uì)快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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