宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到(香港割让是什么条约谁签字，香港割让是什么条约多少年dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却(què)占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的(de)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(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南香港割让是什么条约谁签字，香港割让是什么条约多少年半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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