宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”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99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的选墓地的最好方位是什么，墓地的哪个方位的最好被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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