宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍元首制的实质是什么，元首制的内容。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(元首制的实质是什么，元首制的内容guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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