宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿概率分布函数右连续怎么理解，什么叫分布函数的右连续光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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