宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上(sh萍乡市是哪个省，萍乡市是哪个省的城市àng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)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关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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