宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

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

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，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/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信(102693是哪个学校代码，10532是哪个学校代码xìn)号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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