宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(d府试院试乡试会试殿试顺序，院试乡试会试殿试顺序记忆口诀ào)了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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