宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威(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(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

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除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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