宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产(chǎ哥哥的日文怎么念，哥哥的日文中文谐音n)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)哥哥的日文怎么念，哥哥的日文中文谐音当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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