宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

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

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系两斤大概有多重参照物，2斤有多重？中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部(bù)分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示(shì)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(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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