宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本顶的速度越来越快越叫的原因; line-height: 24px;'>顶的速度越来越快越叫的原因勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)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(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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