宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè乌克兰已经牺牲了多少人，乌克兰已阵亡了多少人)殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(乌克兰已经牺牲了多少人，乌克兰已阵亡了多少人méng)德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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