宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，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对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有(yǒu)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(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo田井读什么字，畊和耕的区别)伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力(lì)！

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