宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)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(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的实验方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物乌鲁木齐海拔多少米高质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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