宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远(y一本书多重，一本书多重有一斤吗uǎn)镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背一本书多重，一本书多重有一斤吗景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环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，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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