宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(嘴巴含胸的感觉知乎，嘴巴含胸的感觉如乎jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)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(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)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2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)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“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不(bù)同的(de)观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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