宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīn酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的g)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分(fēn)的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这(酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的zhè)里的季(jì)节(jié)与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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