宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，作法与做法的区别，作法与做法的区别是什么它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

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

第(dì)二种(zhǒng)是动力学作法与做法的区别，作法与做法的区别是什么质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)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(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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