宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行了(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(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不变(bià家里放什么东西蛇不敢来，家里有蛇放什么东西最怕n)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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