宇宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的不负年华的意思是什么呢，不负春光不负年华的意思增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨不负年华的意思是什么呢，不负春光不负年华的意思道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)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(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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