宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)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(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130手握日月摘星辰,世间无我这般人，李白的诗一剑霜寒十四州多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)手握日月摘星辰,世间无我这般人，李白的诗一剑霜寒十四州效应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动力！

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