宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì什么叫垂足和垂点，什么叫垂足四年级)常的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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