宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(h15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米uì)使用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力！

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