宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)100块钱值多少美元，100美元是几百元钱，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那100块钱值多少美元，100美元是几百元钱么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需(xū)要的(de)实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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