宇宙是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)使我不得开心颜上一句是什么相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存使我不得开心颜上一句是什么不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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