宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互(hù)作(zuò)用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际(jì李宇春的现任丈夫是谁)上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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