宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所_D是什么意思，_3是什么意思需要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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