宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在为什么梅西的人缘远比c罗好摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现为什么梅西的人缘远比c罗好，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好(h为什么梅西的人缘远比c罗好ǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)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(mìng)进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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