宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使(shǐ胡服骑射的故事及启示感悟，胡服骑射的故事告诉我们什么)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是(胡服骑射的故事及启示感悟，胡服骑射的故事告诉我们什么shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)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(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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