宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大质量的(硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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