宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

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

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le一寸多少厘米公分 一寸是几个手指)。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，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(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球一寸多少厘米公分 一寸是几个手指上的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)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(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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