宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方(fāng)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(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xī古诗《画》的作者是谁？哪个朝代人，画的作者是哪个朝代的诗人ng)系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒(lì)子的存古诗《画》的作者是谁？哪个朝代人，画的作者是哪个朝代的诗人在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这古诗《画》的作者是谁？哪个朝代人，画的作者是哪个朝代的诗人(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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