宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距(jù)离，以及(冀g是河北哪里的车牌jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)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的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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