宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们(men)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(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着它(tā刚结婚是不是会天天做)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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