宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们(men)却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观测的(de)结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家当年非典为什么神秘结束了们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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