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”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天希望的拼音是什么体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

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

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象希望的拼音是什么的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的(de)东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到(dào)了(le)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(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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