宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)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(guò)了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(z法西斯国家有哪几个hòu)微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，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(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗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(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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