宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南(nán)半球(qiú)建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(g太监割掉的是哪些部位，太监为什么割掉的是哪些部位é)雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力！

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