宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ3寸照片是几x几厘米 3寸照片是多少厘米)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可3寸照片是几x几厘米 3寸照片是多少厘米能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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