宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了谢娜给刘烨打过几次胎，谢娜和刘烨怀孕过吗这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经谢娜给刘烨打过几次胎，谢娜和刘烨怀孕过吗(jīng)过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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