宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)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(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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