宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，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)很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗水密码这个牌子靠谱吗，水密码这个牌子怎么样(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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