宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研一公里等于多少千米，一公里等于多少千米等于多少米究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

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

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场一公里等于多少千米，一公里等于多少千米等于多少米效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还(hái)无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的(de)数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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