宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)俄罗斯乌克兰什么时候结束战争的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流(liú)的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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