宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质(zhì)量气(qì)读西的字有哪些，读喜的字有哪些体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例(lì)读西的字有哪些，读喜的字有哪些是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)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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