宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星厦门面积多少万平方公里，厦门岛内多大面积(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

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自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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