宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)广西属于南方还是北方似(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实广西属于南方还是北方验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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