宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的实(2197的立方根是多少，216的立方根是多少shí)验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望(wàng)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(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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