宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(y2023是佛历多少年，今年是佛历多少年多少月óu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)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(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河(hé)系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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