宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(j苏修是什么意思，苏修是什么意思ù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当苏修是什么意思，苏修是什么意思然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太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，对于(yú)探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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