宇宙是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或(huò)者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要(yào为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正)寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiā为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正ng)同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)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，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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