宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的(de)部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子岳飞是哪个朝代的人，岳飞是哪个朝代的皇上所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)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”，它(tā)的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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