宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其(qí)"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的(de)方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)防碍哪个字错了，防碍哪个字错了并改正拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互(hù)防碍哪个字错了，防碍哪个字错了并改正作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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