宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)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)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多AVERAGE函数是什么意思，计算机average函数是什么意思(duō)不(bù)同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

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所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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