宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

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所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，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素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？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(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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