宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

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。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的社会使命用英语怎么说，使命用英语怎么说质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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