宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持五斤等于多少克，五斤等于多少克千克(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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