宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于星假如给我三天光明主要内容概括50字，假如给我三天光明主要内容概括30字系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(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(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng假如给我三天光明主要内容概括50字，假如给我三天光明主要内容概括30字)过(guò)了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除(chú)了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的假如给我三天光明主要内容概括50字，假如给我三天光明主要内容概括30字时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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