宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人(螺蛳粉去掉酸笋还臭吗，螺蛳粉是汤臭还是笋臭rén)员们所观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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