宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理左眉毛有一根特别长是什么意思？学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它左眉毛有一根特别长是什么意思？(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底左眉毛有一根特别长是什么意思？(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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