宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

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于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(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了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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