宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(c我国最穷的5个城市，哪一个省最穷hè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，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。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分我国最穷的5个城市，哪一个省最穷(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)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)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生周期性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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