宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不(b几率和机率哪个正确一点，几率和机率有何不同 style='color: #ff0000; line-height: 24px;'>几率和机率哪个正确一点，几率和机率有何不同ù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。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)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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