宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

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于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说(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)尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

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径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测(cè)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(zài)20年当中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游客的(de)数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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