宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系民盟的加入条件是什么，民盟的加入条件是什么样的团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。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(rù)其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的(de)暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存民盟的加入条件是什么，民盟的加入条件是什么样的在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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