宇宙是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过(guò)引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

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

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人(rén)们(men)对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人找对象硬性条件是什么意思，硬性条件是啥意思们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的(de)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(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一找对象硬性条件是什么意思，硬性条件是啥意思个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家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(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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