宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的(de)时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学定总监和经理哪个大(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银(yín)河系(xì)进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuà总监和经理哪个大 style='color: #ff0000; line-height: 24px;'>总监和经理哪个大i)的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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