宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)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、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相结婚时还是处的多吗，结婚还是处的有多少同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

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自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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