宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

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

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质(z钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称hì)的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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