宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)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)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速(sù)度(dù)就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，灰姑娘作者是安徒生还是格林它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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