宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得撒贝宁个人资料简历重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个(gè)由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被(b撒贝宁个人资料简历èi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目(mù)标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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