宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

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所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却洗面奶含皂基成分好不好，长期使用氨基酸洗面奶的危害没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

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所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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