宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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