宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù42周是几个月，42周是几个月保质期)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒(lì)子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时42周是几个月，42周是几个月保质期间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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