宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经(j风味发酵乳是不是酸奶īng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的(de)发(f风味发酵乳是不是酸奶ā)现，除(chú)了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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