宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气学生党如何自W，如何自我安抚体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，学生党如何自W，如何自我安抚但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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