宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测量各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)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)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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