宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么(me)问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)鸡蛋羹水放多了怎么补救，鸡蛋羹不凝固怎么补救力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng鸡蛋羹水放多了怎么补救，鸡蛋羹不凝固怎么补救)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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