宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思)是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)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(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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