宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗)1846年，奥本勒(lēi)维耶空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的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(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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