宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去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)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)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了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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