宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)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(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(h木梳子是桃木好还是檀木好，木梳子是桃木好还是檀木好呢éng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

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自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力！

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