宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不龙有几个爪 龙有两个根吗(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在(zài)的(de)物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有其他的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一(yī)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(de)诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí龙有几个爪 龙有两个根吗)是要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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