宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是太深是一种什么体验，太深是不是不好生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大太深是一种什么体验，太深是不是不好(dà)前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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