宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

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1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)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(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈(h一什么颗粒填量词二年级，一什么颗粒填量词？ā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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