宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说推动人类社会发展的第一动力是什么 推动人类社会发展的第一动力是生产力这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所推动人类社会发展的第一动力是什么 推动人类社会发展的第一动力是生产力需(xū)要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qiá推动人类社会发展的第一动力是什么 推动人类社会发展的第一动力是生产力n)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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