宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在(zài)测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在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。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了(le)一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西一寸多少厘米公分 一寸是几个手指的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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