宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)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、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，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，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和(hé)第(dì)一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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