宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàn民航三个敬畏是指什么 民航三个敬畏是什么时候提出的g)气(qì)体的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们(men)之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每(měi)年的(de)6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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