宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当(dāng)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)变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公(gō标致307如何更换玻璃水喷头 标致是合资还是国产ng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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