宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会(huì)存(cún)在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律兔子一年生几窝，兔子一年生几窝,一窝几只的(de)时候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)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(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗兔子一年生几窝，兔子一年生几窝,一窝几只(àn)物质，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)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，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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