宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了(le)这(zhè)个(gè)区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测胡服骑射的故事及启示感悟，胡服骑射的故事告诉我们什么器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室正好相反(fǎn)，胡服骑射的故事及启示感悟，胡服骑射的故事告诉我们什么而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力(lì)！

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