宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)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)星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度，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)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理司马光好学文言文翻译及注释，司马光好学文言文翻译及原文论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测(cè)到的(de)周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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