宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng2尺1腰围是多少厘米，2尺腰围是多少厘米)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但2尺1腰围是多少厘米，2尺腰围是多少厘米实(shí)际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。2尺1腰围是多少厘米，2尺腰围是多少厘米>

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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