宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自(zì)然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)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(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过白头发从哪开始白，白头发从发梢开始白是什么原因50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng白头发从哪开始白，白头发从发梢开始白是什么原因)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)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(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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