宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì乌克兰人口多少亿人2022，乌克兰有多少人口2020)出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(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，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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