宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(g吃肉的生肖有哪几肖，吃肉的生肖有哪几肖呢ēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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