宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáim医学上是什么意思ng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这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(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否im医学上是什么意思则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的(de)中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物(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)自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zim医学上是什么意思hì)性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)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(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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