宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

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

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)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(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

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自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)三角形的边长公式小学，等边三角形的边长公式与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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