宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中(z东京是不是日本首都 东京不是日本的首都吗hōng)心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn东京是不是日本首都 东京不是日本的首都吗)有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)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(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)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)于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在(zài)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(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力！

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