宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì5公里世界纪录多少 5公里世界纪录是几分钟)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于5公里世界纪录多少 5公里世界纪录是几分钟理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺(5公里世界纪录多少 5公里世界纪录是几分钟chǐ)度，引力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的(de)动力(lì)！

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