宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两同位角的定义和性质和概念，同位角一定相等吗种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需(xū)要(yào)的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(同位角的定义和性质和概念，同位角一定相等吗yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(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片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望(wàn同位角的定义和性质和概念，同位角一定相等吗g)远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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