宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)中元节一般过几天，鬼节不能吃什么东西的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个(gè中元节一般过几天，鬼节不能吃什么东西)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应中元节一般过几天，鬼节不能吃什么东西(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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