宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(一个鹅蛋的热量是多少 一个鹅蛋等于几个鸡蛋zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)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(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实(一个鹅蛋的热量是多少 一个鹅蛋等于几个鸡蛋shí)质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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