宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一(yī)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(cì)出(chū)现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)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(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又(yò饱和什么意思网络用语，国内市场饱和什么意思u)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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