宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的初一有几门课程 都学什么科目，初二有几门课程微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán初一有几门课程 都学什么科目，初二有几门课程)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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