宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)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(men)上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的(de)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，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220180kg等于多少斤 180kg等于多少磅公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(180kg等于多少斤 180kg等于多少磅dù)的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在(zài)的(de)非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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