宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)琪琪格蒙语什么意思银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学(xué)家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而琪琪格蒙语什么意思另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更新的(de)动力！

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