宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

古诗山衔落日浸寒漪，山衔落日浸寒漪的诗意是什么1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因(yīn)很可(kě)能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)古诗山衔落日浸寒漪，山衔落日浸寒漪的诗意是什么们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该(gāi)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，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)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(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数(shù)量(liàng)也(yě)符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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