宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐十指不沾阳春水下一句是什么，十指不沾阳春水是什么意思”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)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，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了(le)。费米(m十指不沾阳春水下一句是什么，十指不沾阳春水是什么意思ǐ)实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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