宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测(cè)量速(sù)度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不(bù)是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，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(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)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(de)地学(xué)实勖存姿为什么没有碰喜宝，勖存姿为什么不碰喜宝验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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