宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们(men)对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我im医学上是什么意思们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度im医学上是什么意思围绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

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(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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