宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)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(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是为什么911不撞白宫，911未撞上白宫的飞机当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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