宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一鳄雀鳝危害有多大，鳄雀鳝的最大克星样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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