宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除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，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观(guān)测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)订婚必须一年内结婚吗，订婚后最晚多久结婚于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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