宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中进行(xíng)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(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释的。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(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是(s勤耕不辍 精业笃行什么意思，精业笃行 臻于至善hì)在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，勤耕不辍 精业笃行什么意思，精业笃行 臻于至善但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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