宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)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，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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