宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的阿富汗是哪一年灭亡的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电(diàn阿富汗是哪一年灭亡的)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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