宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)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(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)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(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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