宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)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(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很(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(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的盱眙的邮编号码是多少啊(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力！

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