宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(布洛芬一天最多吃几次，布洛芬一天最大剂量是多少yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系(x布洛芬一天最多吃几次，布洛芬一天最大剂量是多少ì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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