宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能(néng)是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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