宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)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(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外(wài)部场效应的arctan0等于多少派，arctan0等于多少兀怎么算概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周(zharctan0等于多少派，arctan0等于多少兀怎么算ōu)期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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