宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它(tā)们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光(guāng)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(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)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(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值(zhí)图(tú)像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)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(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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