宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却(què)只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望吴亦凡还出得来吗远镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)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，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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