宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)边际贡献的计算公式是什么呀解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)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，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)边际贡献的计算公式是什么呀动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的(de)方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能(néng)有其(qí)他(tā)的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)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(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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