宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)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(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)1tbsp等于多少克细砂糖，1.5g盐大概有多少处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)1tbsp等于多少克细砂糖，1.5g盐大概有多少以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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