宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)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(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底一个男的长期不碰他老婆是什么原因存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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