宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个吃完布洛芬不能吃什么，吃完布洛芬不可以吃的东西(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了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(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢(màn吃完布洛芬不能吃什么，吃完布洛芬不可以吃的东西)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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