宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修(xiū)正，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(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生反骨是什么意思 反骨是叛逆的意思吗(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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