宇宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)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(men)大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，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(le)巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú小迷糊面膜成分安全吗，小迷糊适用年龄段)的运动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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