宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象毕业2年之内都算应届吗，21年毕业生23年算应届吗的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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