宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)绿豆汤的热量是多少大卡的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在(zài)的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样绿豆汤的热量是多少大卡的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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