宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键(jiàn)的(de)用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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