宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变(b可惜天空不作美的意思，天空不作美的意思下一句iàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解可惜天空不作美的意思，天空不作美的意思下一句的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将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(lái)验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方(fāng)法就是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)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(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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