宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声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(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的(de)速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

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所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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