宇宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人(rén)们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)艾特是什么意思量都(dōu)在(zài)星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了艾特是什么意思什么(me)问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的(de)目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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