宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种放在里面睡一晚是什么感受，放里面睡觉是什么样的感受方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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