宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farm再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)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(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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