宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用(yòng)萝卜丁是最贵的口红吗，世界十大奢华口红品牌最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量萝卜丁是最贵的口红吗，世界十大奢华口红品牌(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)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(kě)能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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