宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)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的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)蜂王浆吃了容易得癌，蜂王浆吃出一身病的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就(ji蜂王浆吃了容易得癌，蜂王浆吃出一身病ù)意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期蜂王浆吃了容易得癌，蜂王浆吃出一身病性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，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)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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