宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大(dà)质量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度大闸蟹吃公的好还是母的好，大闸蟹公的好还是母蟹好(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一大闸蟹吃公的好还是母的好，大闸蟹公的好还是母蟹好个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南大闸蟹吃公的好还是母的好，大闸蟹公的好还是母蟹好半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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