宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨古诗山衔落日浸寒漪，山衔落日浸寒漪的诗意是什么(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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