宇宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的情怀经典句子正能量，形容一个人有情怀咋说(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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