宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(10公斤滚筒洗衣机尺寸长宽高，一般洗衣机的尺寸是多少厘米 24px;'>10公斤滚筒洗衣机尺寸长宽高，一般洗衣机的尺寸是多少厘米xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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