宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhèxo酒酒精度多少度 xo酒是哪个国家生产的)个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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