宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

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所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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