宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它领略的意思们(men)束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们(领略的意思men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际(jì)速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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