宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨word中1.5倍行间距相当于多少磅，word1.25倍行距是多少磅(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能(néng)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(de)引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物(wù)理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“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(wù)质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)word中1.5倍行间距相当于多少磅，word1.25倍行距是多少磅，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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