宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)为什么梅西的人缘远比c罗好可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(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(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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