宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)拜拜肉好减吗，拜拜肉难减吗也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物(wù)质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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