宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途再大的胸躺下都是平的，胸明明很大但为什么一躺下就平了就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，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)我更新的动力！

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