宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本(běn)身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)48k纸是多少厘米 48k纸是a4纸的一半吗是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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