宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发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(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系世上真有孙悟空存在吗，世界上有没有孙悟空当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离(lí)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(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)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(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与(世上真有孙悟空存在吗，世界上有没有孙悟空yǔ)任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事(shì)情(q世上真有孙悟空存在吗，世界上有没有孙悟空íng)。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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