宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)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(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(不积跬步到底读gui还是kui，日积跬步以至千里是啥意思wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当星团不积跬步到底读gui还是kui，日积跬步以至千里是啥意思发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，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(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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