宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)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(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在(zài)着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了柿饼有酒味还能不能吃了，柿饼有酒味还能不能吃了呢一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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