宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之(zh贵州海拔高度是多少ī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是(shì)人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人贵州海拔高度是多少员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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