宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳蜂王浆吃了容易得癌，蜂王浆吃出一身病(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发(fā)现了一(yī)个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值蜂王浆吃了容易得癌，蜂王浆吃出一身病，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)蜂王浆吃了容易得癌，蜂王浆吃出一身病以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有(yǒu)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(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方(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(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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