宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了八千米多少公里(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(八千米多少公里yì)大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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