宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会35c到底有多大，35c是多少导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)35c到底有多大，35c是多少。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)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(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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