宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)小舞去掉所有衣服是什么样子的经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探小舞去掉所有衣服是什么样子的测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会(huì)不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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