宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的(de)结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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