宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì中国到美国几小时飞机，中国到美国多长时间飞机)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性信号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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