宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定什么是自主招生初升高，什么是自主招生考试律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)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。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就(ji什么是自主招生初升高，什么是自主招生考试ù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同(tóng)的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质(什么是自主招生初升高，什么是自主招生考试zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，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(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的(de)动力！

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