宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)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(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

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自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

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所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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