宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子(zi)。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒我想说世间万物一切都不及你是什么歌，满天星辰不及你歌词，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(d我想说世间万物一切都不及你是什么歌，满天星辰不及你歌词e)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什么？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。我想说世间万物一切都不及你是什么歌，满天星辰不及你歌词>

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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