宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(c铜祖在古代是干什么的，铜祖是什么用处héng)中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特(tè)在(zài)观(guān)测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要(yào)对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质铜祖在古代是干什么的，铜祖是什么用处流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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