宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)睡觉的时候一直放里面是什么感觉，睡觉一直放在里面量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的(de)人(rén)们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(z睡觉的时候一直放里面是什么感觉，睡觉一直放在里面huàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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