宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭凝神静气的意思，凝神静气的意思解释(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太(tài)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，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng凝神静气的意思，凝神静气的意思解释)的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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