宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法美不胜收的胜是什么意思三年级，引人入胜的胜是什么意思不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，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宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么(me)如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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