宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速(sù)campus是什么意思 campus是国誉吗度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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