宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学(xué)家还(hái)发(fā)现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一(yī)。

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所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的玛丽黛佳是哪个国家的品牌，玛丽黛佳是什么档次(de)是在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然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(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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