宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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