宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥(b每天男生会拉我到没人的位置，对象一到没人的地方就抱我ō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会每天男生会拉我到没人的位置，对象一到没人的地方就抱我产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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