宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shànbno护照是什么意思 bno护照是英国国籍吗g)的(de)运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们(men)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(zài)中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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