宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。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(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

37码鞋内长是多少厘米，37码鞋子内长是多少cm所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的37码鞋内长是多少厘米，37码鞋子内长是多少cm地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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