宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(中原地区种植葡萄始于哪个朝代 秦朝的时候有葡萄吗yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的(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(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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