宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn印第安人还存在吗，印第安人现在还有没有)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远印第安人还存在吗，印第安人现在还有没有镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实(shí)验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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