宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动杏花代表十二生肖里的哪个动物呢，杏花是指十二生肖中什么动物是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)杏花代表十二生肖里的哪个动物呢，杏花是指十二生肖中什么动物地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所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，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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