宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释arctan0等于多少派，arctan0等于多少兀怎么算，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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