宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

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1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠xo酒酒精度多少度 xo酒是哪个国家生产的这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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