宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)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(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万反醒和反省有什么不同之处，反醒和反省的区别有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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