宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄(shè)动它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)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(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们(me无可厚非是什么意思n)可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗(无可厚非是什么意思àn)物质比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)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(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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