宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做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(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)5公里世界纪录多少 5公里世界纪录是几分钟在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)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个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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