宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动(为什么911不撞白宫，911未撞上白宫的飞机dòng)的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòn为什么911不撞白宫，911未撞上白宫的飞机g)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力为什么911不撞白宫，911未撞上白宫的飞机(lì)定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(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被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，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。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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