宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文(wbehaviour可数吗，behaviour是可数名词吗én)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不(bù)同的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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