宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很多星系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时(sh民航三个敬畏是指什么 民航三个敬畏是什么时候提出的í)开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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