宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近首项和末项的公式是什么，小学等差数列基本的5个公式的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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