宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系(xì)或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè咋能把自己弄成小喷泉呢，如何把女朋友弄成小喷泉)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)咋能把自己弄成小喷泉呢，如何把女朋友弄成小喷泉种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，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，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节(jié)与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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