宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅(ch中国有几个党派，中国有几个党派组织àng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

未经允许不得转载：重庆三峡中心医院、三峡中心医院、中心医院 中国有几个党派，中国有几个党派组织