宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里20斤是几kg 20斤是多少磅的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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