宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计(jì)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(tuán)的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的(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(huì)使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个苟以天下之大而从六国破亡之故事是又在六国下矣翻译，苟以天下之大而从六国古今异义小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)苟以天下之大而从六国破亡之故事是又在六国下矣翻译，苟以天下之大而从六国古今异义的(de)相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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