宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

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所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me丬这个偏旁读什么 小说，丬这个偏旁读什么字)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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