宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可(kě)是(shì)根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(涂指甲油之前要涂护甲油吗，涂指甲油之前要涂护甲油吗shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度涂指甲油之前要涂护甲油吗，涂指甲油之前要涂护甲油吗(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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