宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)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异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)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(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

未经允许不得转载：北京老旧机动车解体中心 燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗