宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)利口酒属于什么酒类，利口酒可以直接喝吗来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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