宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才八一勋章享受什么待遇，得了八一勋章享受什么待遇(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与八一勋章享受什么待遇，得了八一勋章享受什么待遇(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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