宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波轻轨是什么，轻轨是地铁还是高铁辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么轻轨是什么，轻轨是地铁还是高铁(me)暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)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(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的动力！

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