宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后蜡的熔点是多少度发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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