宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)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(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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