宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。得物上的东西是正品吗，得物上的东西是新的还是二手

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引(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外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)得物上的东西是正品吗，得物上的东西是新的还是二手理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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