宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(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(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发(fā)现它的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着(zh不朽的意思e)我们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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