宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜rào)银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(y感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜ì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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