宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

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

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团(t中国所有省份的占地面积是多少平方千米，中国所有省份占地面积排名uán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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