宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之特朗普是哪个党派的 特朗普是美国第几任间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

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径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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