宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(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(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，昆仑山在哪个省哪个市，昆仑山在哪个省哪个市哪个县已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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